第2章细胞工程第1节植物细胞工程第1课时植物细胞工程的基本技术[学习目标] 1.理解植物细胞的全能性。2.掌握植物组织培养的概念、原理及过程
。3.掌握植物体细胞杂交的概念、原理、过程、意义及不足。4.理解植物体细胞杂交和植物组织培养的联系。知识自主梳理植物细胞工程细胞生
物学细胞器细胞器官个体完整生物体 其他各种细胞 基因会选择性表达 离体 人工配制的培养基 完整植株 植物细胞的全能性 全能性 激素
和营养 未分化 薄壁组织 愈伤组织 生长素和细胞分裂素 浓度、比例 (2)目的要求①了解植物组织培养的基本原理。②了解生长素和细胞
分裂素的浓度、用量的比例对菊花愈伤组织形成和分化的影响。③尝试进行植物组织培养。(3)材料用具①材料：幼嫩的菊花茎段、培养基、体积
分数为70%的酒精、质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液和无菌水等。②用具：50 mL锥形瓶(或植物组织培养瓶)、烧杯、酒精灯、超净工
作台(或接种箱)、高压蒸汽灭菌锅、培养箱等。酒精 流水 酒精 无菌水 次氯酸钠溶液 无菌水 无菌 无菌滤纸酒精灯 培养基 18～2
2 ℃ 诱导生芽 培养箱 流水 珍珠岩 灭菌 酒精灯火焰旁 灭菌 倒插不需要光照体细胞 杂种细胞 培育成新植物体 去除细胞壁去除细
胞壁细胞壁脱分化再分化纤维素酶和果胶酶 电融合法、离心法等 细胞膜的流动性 植物细 胞的全能性 理论上每种植物的活细胞
都具有全能性，原因是什么？提示：正常的植物细胞具有发育成该物种个体所需的全部遗传物质。 植物的种子发育成完整植株是否体现了全能
性？为什么？提示：否。因为种子中的胚已经完成早期发育，相当于新植株的幼体，由幼体发育成完整植株不能体现出细胞的全能性。 在植物
组织培养过程中，为什么要进行一系列的消毒、灭菌，并且要求无菌操作？提示：避免杂菌在培养基上迅速生长消耗营养，且有些杂菌会危害培养物
的生长。 为什么融合后的杂种细胞经过筛选后才能进行植物组织培养？提示：体细胞融合成功以后，既有AB型杂种细胞，还有AA型
和BB型两种融合细胞，但只有AB型细胞是植物体细胞杂交技术所需的杂种细胞，因此在杂种细胞形成后还应有一个筛选过程。 植物体细胞
融合与植物体细胞杂交技术结束的标志有何不同？提示：前者是再生出细胞壁，后者是形成杂种植株。 为什么用酶解法去除细胞壁？提示：酶
解法是在常温下进行的，且酶具有专一性，不会影响原生质体的生命活动。课堂小结笔记空间 _______________________
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______________________________学习目标检测1．(目标1)下列生物细胞中，全能性最高的是( )A．卵
细胞 B．植物花粉 C．体细胞 D．受精卵2．(目标2)甘薯种植多年后易被病毒感染而导致品种退化。目前生产上通过采
用茎尖分生组织离体培养的办法来快速繁殖脱毒的种苗，以保证该品种的品质和产量水平。这种通过分生组织离体培养获得种苗的过程不涉及细胞的
( )A．有丝分裂 B．分化 C．减数分裂 D．全能性3．(目标2)植物组织培养依据的原理、培养过程的顺序及诱导的植
物激素分别是( )①体细胞全能性 ②离体植物器官、组织或细胞 ③根、芽 ④生长素和细胞分裂素 ⑤生长素和乙烯 ⑥愈伤组织 ⑦再分
化 ⑧脱分化 ⑨植物体A．①、②⑧⑥⑦③⑨和④B．①、②⑦⑥⑧③⑨和⑤C．①、⑥②⑨⑧③⑦和⑤D．①、②⑨⑧⑥⑦③和④4．(目标2
)由高度分化的植物组织培育为植物体，要依次经过( )A．分化、脱分化 B．脱分化、再分化C．分化、再分化 D．再分化
、脱分化5．(目标3)以下所列除哪一项外，均是人工诱导原生质体融合的方法( )A．离心法 B．电融合法C．PEG融合法
D．重压6．(目标3)下列属于植物体细胞杂交尚未解决的问题的是( )A．去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体B．将杂种细胞培
育成植株C．让杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良性状D．培育出属间杂种植物7．(多选)(目标2)下列对愈伤组织的叙述，正确的是
( )A．呈无定形状态的一群薄壁细胞B．是失去分裂能力，高度分化的一群细胞C．既有分裂能力又有分化能力的一群细胞D．具有发育成一
个完整植物体的潜能解析 愈伤组织是由已经分化的细胞经脱分化失去其特有的结构和功能而形成的未分化的细胞，具有较强的分裂、分化能力，B
错误。8．(目标3、4)如图是植物细胞杂交过程示意图，请据图回答：(1)植物体细胞杂交的第①步是去掉细胞壁，分离出有活力的____
____ _____。目前此步骤最常用的方法是_______法，也就是在温和的条件下用__________________分解植物
的细胞壁。原生质体酶解纤维素酶和果胶酶(2)②过程的发生，必须进行人工诱导。人工诱导原生质体融合的物理方法是利用_________
___和电融合法等促使原生质体融合；化学方法是用____________________________等试剂作为诱导剂诱导融合。
(3)③表示融合后的原生质体再生出新的细胞壁，新细胞壁的产生与细胞内__________(细胞器)有密切关系。(4)④⑤过程是一个
________和________的过程。在该过程中，细胞分裂的主要方式是__________。(5)植物体细胞杂交在育种工作中具
有广泛的应用价值，其突出的优点是可以_________________________________。离心法聚乙二醇、高Ca2＋
—高pH 高尔基体脱分化再分化有丝分裂打破生殖隔离，实现远缘杂交育种重点题型突破题型一 细胞全能性概念考查[例1] (多选)关于细
胞全能性的叙述，正确的是( )A．分化的植物细胞仍有全能性B．没有分化的细胞就没有全能性C．不能产生完整个体就没有体现全能性D．
动物的胚胎干细胞具有分化成其他各种细胞的潜能和特性，说明其具有全能性解题分析 植物细胞具有全能性，A正确；没有分化的细胞如受精卵就
有全能性，B错误；细胞全能性指分裂和分化后的细胞，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能，某细胞分化成其他各种细胞也能体
现细胞的全能性，D正确，C错误。题型二 植物组织培养的过程分析及注意事项[例2] 在工业化大量培养植物试管苗的过程中，一般进行如下
操作，则正确的操作顺序是( )①诱导形成芽 ②取合适外植体 ③诱导形成愈伤组织 ④诱导形成根A．②①③④ B．②③①④C．
②④③① D．②④①③解题分析 植物组织培养的过程中，首先要取合适的外植体，诱导其脱分化形成愈伤组织；再分化过程是先诱导形成
芽，再诱导生根，也可以先诱导形成根，再诱导形成芽。[例3] 菊花的组织培养过程中体现无菌操作的有( )①用体积分数为70%的酒精
擦拭超净工作台 ②自来水冲洗菊花茎段 ③酒精棉球擦手 ④无菌水清洗外植体 ⑤将外植体在次氯酸钠溶液中浸泡30 min ⑥无菌滤纸处
理 ⑦培养基灭菌 ⑧不经灭菌的培养基A．①②③④⑤⑥⑦B．①③④⑤⑥⑦C．①②④⑤⑥⑧D．①②④⑤⑦解题分析 用体积分数为70%的
酒精擦拭超净工作台，避免接种过程中感染杂菌；自来水冲洗是为了冲掉菊花茎段上的灰尘、泥土等，而自来水中含有杂菌；酒精擦手是为了消毒，
杀死手表面的部分微生物，防止实验过程中杂菌污染；无菌水清洗是为了洗去外植体上的酒精和次氯酸钠，不用自来水是为了防止自来水中的杂菌污
染外植体；在次氯酸钠溶液中浸泡是为了给外植体消毒；使用无菌滤纸的目的是在吸干外植体表面水分的同时防止杂菌污染；培养基灭菌是为了防止
培养基上长出杂菌。解题分析 ①是外植体，②是愈伤组织，③→④为个体发育过程，包括植物的营养生长和生殖生长阶段，因此③是幼苗，④是完
整植株，D错误，C正确；细胞分裂素与生长素用量比值低时，促进根的生长，A错误。题型三 植物体细胞杂交过程[例5] 经诱导融合得到的
融合细胞还需经过下列哪项措施才能得到杂种植株( )A．分离杂种细胞，直接接种便可获得B．筛选鉴定杂种细胞后，再经植物组织培养才能
获得杂种植株C．让杂种细胞自交获纯系植株D．融合细胞经组织培养便可形成杂种植株题型四 植物体细胞杂交后遗传物质的变化[例6] 现有
甲、乙两个烟草品种(2n＝48)，其基因型分别为aaBB和AAbb，这两对基因分别位于两对非同源染色体上，且在光照强度大于800
lx时，都不能生长，这是由于它们中的一对隐性纯合基因(aa或bb)作用的结果。取甲、乙两品种的花粉分别培养成植株，将它们的叶肉细胞
制成原生质体分别为甲1、乙1，并将两者相混，使之融合，诱导产生细胞团。然后，放到大于800 lx光照下培养，结果有的细胞团不能分化
，有的能分化发育成植株。请回答下列问题：(1)甲、乙两烟草品种花粉的基因型分别为________和________。(2)将叶肉细
胞制成原生质体时，使用________________破除细胞壁。aB Ab 纤维素酶和果胶酶 (3)人工诱导原生质体融合常用的化
学方法是______________________ _____________________。(4)细胞融合后诱导产生的细胞团
叫__________。(5)在大于800 lx光照下培养，有________种细胞团不能分化；能分化的细胞团是由________
融合来的(这里只考虑2个原生质体的相互融合)。由该细胞团分化发育成的植株，其染色体数是________，基因型是_______。该
植株自交后代中，在大于800 lx光照下，出现不能生长的植株的概率是________。聚乙二醇融合法、高Ca2＋—高pH融合法 愈
伤组织 2 甲1、乙1 48 AaBb 7/16 植物体细胞杂交后的遗传物质分析(1)遗传特性：杂种植株中含有两种植物的遗传物质，
故杂种植株具备两种植物的遗传特性。(2)染色体组数①染色体组数＝两种植物体细胞内染色体组数之和。②植物体细胞杂交形成的杂种植株，有
几个染色体组就称为几倍体。③若一植物细胞含有2x条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb，另一植物细胞含有2y条染色体，2个染色体
组，基因型为ccDd，则新植株应为异源四倍体，其体细胞中染色体为(2x＋2y)条，4个染色体组，基因型为AabbccDd。课后课时
作业 [单项选择题] 知识点一 细胞工程和细胞的全能性1．下列生物技术不属于细胞工程领域的是( )A．植物
组织培养技术 B．转基因技术C．动物克隆技术 D．植物体细胞杂交技术2．下列关于细胞全能性的叙述中，错误的是( )A．
绝大多数的生物体细胞都含有该生物的全套基因，具有全能性B．细胞全能性是克隆技术的理论基础C．植物体细胞具有全能性，所有的细胞都能表
达全部基因D．动物细胞核具有全能性，但分化成熟的体细胞一般不表现出全能性3．下列事实中，可以体现细胞全能性的是( )①利用胡萝卜
韧皮部的细胞培育出植株 ②转入抗虫基因的棉花叶肉细胞培育出植株 ③番茄体细胞与马铃薯体细胞融合后培育出植株 ④利用小麦花药离体培育
出单倍体植株 ⑤蜜蜂未受精的卵发育成雄蜂A．只有①④⑤ B．只有①②③C．只有①②④⑤ D．①②③④⑤解析 植物组织培
养、植物杂种细胞培育成植株、单倍体育种的原理都是细胞的全能性。①、②、④利用了植物组织培养技术；③利用了细胞融合和植物组织培养的方
法；⑤是蜜蜂的孤雌生殖，体现了卵细胞的全能性，D正确。 知识点二 植物组织培养技术4．如图为将胡萝卜的离体组织在一定条件
下培育形成试管苗的过程示意图。下列有关叙述正确的是( )A．利用此过程获得的试管苗可能为杂合子B．①②过程均需要光照条件C．多倍
体植株的培育必须经过如图所示过程D．此过程依据的生物学原理是细胞膜具有流动性解析 图示为植物组织培养过程，利用此过程获得的试管苗的
基因型与离体组织所属个体的基因型相同，可能为杂合子，也可能为纯合子，A正确；①是脱分化过程，一般不需要光照，②是再分化过程，需要光
照条件，B错误；多倍体植株的培育一般不需要采用植物组织培养技术，是采用秋水仙素或低温诱导来处理萌发的种子或幼苗，C错误；此过程依据
的原理是植物细胞的全能性，D错误。5．菊花的组织培养需要严格的无菌操作，下列说法不正确的是( )A．对培养基和其他器械都要进行灭
菌处理B．幼苗要先移植到消过毒的蛭石或者珍珠岩等环境下生活一段时间C．用于植物组织培养的培养基一旦感染杂菌则前功尽弃D．将菊花茎段
插入培养基中时应注意方向，不应倒插，是为了防止杂菌污染解析 将菊花茎段插入培养基中时，要注意形态学上端朝上，而不应倒插，是因为生长
素为极性运输，倒插的菊花茎段再分化过程中不能形成根，而不是为了防止杂菌污染。 知识点三 植物体细胞杂交技术6．利用中华猕
猴桃与狗枣猕猴桃进行体细胞杂交可明显提高中华猕猴桃的耐寒性。在诱导融合前，通过适当的物理辐射能使狗枣猕猴桃的核染色质受到伤害，失去
持续分裂的能力，用碘乙酰胺处理中华猕猴桃使细胞质中的酶失活，从而抑制其生长。下列分析错误的是( )A．可以用灭活的病毒或电融合法
诱导两种原生质体融合B．只有中华猕猴桃和狗枣猕猴桃原生质体融合后的杂种细胞才能分裂生长C．杂种植株不一定具备两种猕猴桃的优良性状D
．获得杂种植株后还需通过抗寒实验来进一步确定该植株是否符合要求解析 人工诱导植物细胞原生质体融合可用物理或化学的方法(电融合法、聚
乙二醇等)，不能利用病毒进行诱导，A错误；根据题意，通过适当的物理辐射能使狗枣猕猴桃的核染色质受到伤害，失去持续分裂的能力，用碘乙
酰胺处理中华猕猴桃使细胞质中的酶失活，从而抑制其生长，因此原生质体融合后形成的细胞中，只有融合形成的杂种细胞才能进行分裂和分化，B
正确；由于存在细胞分化，利用植物体细胞杂交获得的杂种植株，不一定能同时表现出两个亲本的所有优良性状，C正确；通过植物体细胞杂交技术
获得的杂种植株的基因不一定都能表达出相应的性状，因此不一定具有耐寒性，还需通过抗寒实验来进一步确定该植株是否符合要求，D正确。7．
下图是“番茄—马铃薯”杂种植株的培育过程，其中①～⑤表示过程，字母表示细胞、组织或植株。下列说法正确的是( )A．①表示低渗溶液
中用酶解法处理植物细胞获得原生质体B．e是一团有特定结构和功能的薄壁组织C．可根据质壁分离现象鉴别杂种细胞的细胞壁是否再生D．植物
有性杂交和体细胞杂交都能打破生殖隔离，实现远缘杂交育种解析 原生质体在低渗溶液中会吸水涨破，应将细胞置于等渗溶液中进行酶解处理，A
错误；e是植物细胞脱分化后形成的无特定结构和功能的薄壁组织团块，B错误；质壁分离是指原生质层与细胞壁分离的现象，故可根据是否发生质
壁分离现象来鉴定杂种细胞的细胞壁是否再生，C正确；植物有性杂交不能打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，D错误。[多项选择题]8．下图表
示基因型为AaBb的水稻的花药通过无菌操作，接入试管后，在一定条件下形成试管苗的培育过程。下列相关叙述正确的是( )A．b中的愈
伤组织是花粉细胞通过有丝分裂后形成的不规则的细胞团B．该过程利用了植物组织培养技术C．为促进花粉细胞分裂生长，在培养基中应加入适宜
浓度的生长素等激素D．试管苗可能出现的基因型有AB或Ab或aB或ab解析 花粉是通过减数分裂形成的，其基因型为AB或Ab或aB或a
b，由花粉发育而来的个体未经秋水仙素处理，是单倍体，基因型为AB、Ab、aB或ab，D正确。9．以某种植物的绿色叶片和白色花瓣为材
料，利用植物组织培养技术繁殖该植物。下列相关叙述不正确的是( )A．以绿色叶片和白色花瓣作为外植体，进行组织培养均能获得试管苗B
．外植体脱分化培养成愈伤组织的过程，需要植物生长调节剂的处理C．若用某一细胞进行组织培养，该细胞必须有完整的细胞核和叶绿体D．选用
花粉粒进行组织培养，能获得与原植株基因型相同的植物体解析 某种植物的绿色叶片和白色花瓣具有相同的遗传物质，因此以绿色叶片和白色花瓣
作为外植体，进行组织培养均能获得试管苗，A正确；外植体脱分化培养成愈伤组织的过程，需要植物生长调节剂(生长素和细胞分裂素类调节剂)
的处理，B正确；若用某一细胞进行组织培养，该细胞必须有完整的细胞核，但是不一定需要有叶绿体，C错误；花粉细胞核中DNA是体细胞的一
半，因此选用花粉粒进行组织培养，不能获得与原植株基因型相同的植物体，D错误。[非选择题]10．科学家将分离得到的成熟的胡萝卜韧皮部
细胞进行如图所示实验，最终由单个细胞发育成了完整的新植株。请回答下列问题。(1)科学家所用的这种生物技术叫作___________
___。该项技术表明，当植物细胞处于离体状态时，在一定的营养物质、__________和其他外界条件的作用下，可表现出______
______，发育成完整植株。植物组织培养 植物激素 全能性 (2)图中B过程称为________，通过B过程产生的愈伤组织细胞与
根韧皮部细胞的形态结构________(填“相同”或“不同”)，其根本原因是___________________。(3)某课外小
组同学用愈伤组织同时进行了两组实验：甲组培养基中含3%的蔗糖，乙组培养基中不含蔗糖，经灭菌后接种，每组实验再分成两个小组，分别在光
下和暗处培养。1个月后，观察植物体生长、分化情况，结果如下表。脱分化 不同 基因的选择性表达 由此得出的结论：①_________
________________________________________________；②_______________
__________________________________________。解析 (2)图中B为脱分化过程。脱分化产生的
愈伤组织是不定形的薄壁组织团块，其细胞的形态结构与根韧皮部细胞不同，两者不同的根本原因是基因的选择性表达。(3)从表中可以看出，培
养基中含有蔗糖时，细胞能生长和分化，而培养基中没有蔗糖时，细胞不生长，死亡，说明愈伤组织生长、分化过程需要蔗糖；甲组在光下培养时，
细胞能分化，而在暗处培养时，细胞不能分化，说明光能够促进细胞分化。愈伤组织的生长、分化过程需要蔗糖 光照能够促进细胞分化 11．花
椰菜和黑芥均为十字花科植物，花椰菜易患黑腐病(致病菌为黄单胞杆菌，属细菌)。拟通过植物体细胞杂交技术(如图1)，将黑芥的抗黑腐病基
因引入花椰菜中。(1)在用酶解法制备原生质体时，需先用较高渗透压的溶液处理植物细胞，使细胞处于微弱的________状态，然后用_
_________________去除细胞壁，获得原生质体。失水 纤维素酶和果胶酶 (2)用不同剂量紫外线处理黑芥原生质体，统计愈
伤组织数和再生植株率，结果如图2。由图2可知，处理黑芥原生质体的适宜紫外线剂量为_______J·cm－2，此处理下融合细胞的__
______能力较强，既能得到大量愈伤组织，再生植株率也最高。0.1 再生 (3)杂种细胞经组织培养发育成植株，该过程所用培养基中
包括水、无机盐、有机物等营养物质，此外还需加入一定浓度和比例的__________，以调节细胞的发育方向。(4)杂种细胞分裂过程中会丢失来自黑芥的部分染色体，有时会发生染色体易位，这使杂种植株染色体组成呈现多样性。如何对杂种植株进行选择和培育，才能得到既抗黑腐病、又最大程度减少非目标性状的花椰菜植株？请写出基本思路。_____________________________________________ _______________________。植物激素 解析 (1)根据渗透原理，外界溶液浓度高于细胞液浓度时，细胞会失水；植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，因此去除植物细胞壁应该用纤维素酶和果胶酶。(2)由图2可知，紫外线剂量为0.1 J·cm－2时，细胞的再生能力较强，既能得到大量愈伤组织，再生植株率也较高，因此处理黑芥原生质体的适宜紫外线剂量为0.1 J·cm－2。(3)植物组织培养时，培养基中包括水、无机盐、有机物等营养物质，此外还需加入一定浓度和比例的植物激素(生长素和细胞分裂素)，以调节细胞的发育方向。(4)根据题干信息可知，要获得抗黑腐病，又要最大程度减少非目标性状的花椰菜植株，则可对杂种植株接种黑腐病菌，能正常生长的即为具有高抗性的杂种植株。本课结束 |
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